(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、イオン注入工程を含むシリコンウエーハ製造プロセスまたはデバイス製造プロセスのイオン注入工程におけるイオン注入条件の管理方法であって、所定の元素がイオン注入されたイオン注入層を有するシリコンウエーハのイオン注入が行われた表面側から、Ｘ線回折法を用いてロッキングカーブを測定し、該ロッキングカーブのピーク位置から該ピーク位置よりも低角度側の角度範囲の回折強度を、該角度範囲と同一の角度範囲におけるイオン注入が行われていないリファレンスウエーハのロッキングカーブの回折強度と比較することによって回折強度の変化量または変化率を求め、該変化量または変化率と前記イオン注入のイオン注入条件との相関関係を予め求めておき、その後、実際に製品を製造する際に、該製品製造プロセスのイオン注入工程において元素がイオン注入されたウエーハを測定用ウエーハとし、該測定用ウエーハのイオン注入が行われた表面側から、Ｘ線回折法を用いてロッキングカーブを測定し、該ロッキングカーブのピーク位置から該ピーク位置よりも低角度側の角度範囲の回折強度を、該角度範囲と同一の角度範囲におけるイオン注入が行われていないリファレンスウエーハのロッキングカーブの回折強度と比較することによって回折強度の変化量または変化率を求め、前記測定用ウエーハの回折強度の変化量または変化率から、予め求めた前記相関関係に基づいて、前記測定用ウエーハに行われたイオン注入のイオン注入条件を評価することによって、前記イオン注入工程におけるイオン注入条件を管理することを特徴とするイオン注入条件の管理方法。
【請求項２】
前記回折強度を比較する低角度側の角度範囲を前記ピーク位置から０．２度までとすることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入条件の管理方法。
【請求項３】
少なくとも、イオン注入工程を含むシリコンウエーハ製造プロセスまたはデバイス製造プロセスのイオン注入工程におけるイオン注入条件の管理方法であって、所定の元素がイオン注入されたイオン注入層を有するシリコンウエーハのイオン注入が行われた表面側から、Ｘ線回折法を用いてロッキングカーブを測定し、該ロッキングカーブのピーク位置から該ピーク位置よりも高角度側の角度範囲の回折強度を、該角度範囲と同一の角度範囲におけるイオン注入が行われていないリファレンスウエーハのロッキングカーブの回折強度と比較することによって回折強度の変化量または変化率を求め、該変化量または変化率と前記イオン注入のイオン注入条件との相関関係を予め求めておき、その後、実際に製品を製造する際に、該製品製造プロセスのイオン注入工程において前記元素がイオン注入されたウエーハを測定用ウエーハとし、該測定用ウエーハのイオン注入が行われた表面側から、Ｘ線回折法を用いてロッキングカーブを測定し、該ロッキングカーブのピーク位置から該ピーク位置よりも高角度側の角度範囲の回折強度を、該角度範囲と同一の角度範囲におけるイオン注入が行われていないリファレンスウエーハの回折強度と比較することによって回折強度の変化量または変化率を求め、前記測定用ウエーハの回折強度の変化量または変化率から、予め求めた前記相関関係に基づいて、前記測定用ウエーハに行われたイオン注入のイオン注入条件を評価することによって、前記イオン注入工程におけるイオン注入条件を管理することを特徴とするイオン注入条件の管理方法。
【請求項４】
前記回折強度を比較する高角度側の角度範囲を前記ピーク位置から０．１度までとすることを特徴とする請求項３に記載のイオン注入条件の管理方法。
【請求項５】
前記イオン注入する元素を、シリコン中で電気的に不活性である中性元素とすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のイオン注入条件の管理方法。
【請求項６】
前記管理するイオン注入条件を、イオン注入する元素のドーズ量とすることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のイオン注入条件の管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウエーハ製造プロセスまたはデバイス製造プロセスのイオン注入工程におけるイオン注入条件の管理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エピタキシャルウエーハやＳＯＩウエーハなどのウエーハ製造プロセスや、そのウエーハ製造プロセスで作製されたデバイス製造用ウエーハのデバイス製造プロセスにおいて、イオン注入が広く用いられている。
【０００３】
そのイオン注入工程のモニタリング方法として、注入元素がドーパントであればシート抵抗を測定する方法がある（例えば、特許文献１）。しかし、この方法では活性化熱処理が必要であることや、不活性元素には適用できないという問題がある。
【０００４】
【特許文献１】特開平４−３２６５１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述の問題点を解決するために、イオン注入が用いられるシリコンウエーハ製造プロセスやデバイス製造プロセスにおいて、注入元素を問わず、高感度に非破壊でイオン注入工程のモニタリングが可能であり、精度よくイオン注入工程におけるイオン注入条件を管理できるイオン注入条件の管理方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明は、少なくとも、イオン注入工程を含むシリコンウエーハ製造プロセスまたはデバイス製造プロセスのイオン注入工程におけるイオン注入条件の管理方法であって、所定の元素がイオン注入されたイオン注入層を有するシリコンウエーハのイオン注入が行われた表面側から、Ｘ線回折法を用いてロッキングカーブを測定し、該ロッキングカーブのピーク位置から該ピーク位置よりも低角度側の角度範囲の回折強度を、該角度範囲と同一の角度範囲におけるイオン注入が行われていないリファレンスウエーハのロッキングカーブの回折強度と比較することによって回折強度の変化量または変化率を求め、該変化量または変化率と前記イオン注入のイオン注入条件との相関関係を予め求めておき、その後、実際に製品を製造する際に、該製品製造プロセスのイオン注入工程において元素がイオン注入されたウエーハを測定用ウエーハとし、該測定用ウエーハのイオン注入が行われた表面側から、Ｘ線回折法を用いてロッキングカーブを測定し、該ロッキングカーブのピーク位置から該ピーク位置よりも低角度側の角度範囲の回折強度を、該角度範囲と同一の角度範囲におけるイオン注入が行われていないリファレンスウエーハのロッキングカーブの回折強度と比較することによって回折強度の変化量または変化率を求め、前記測定用ウエーハの回折強度の変化量または変化率から、予め求めた前記相関関係に基づいて、前記測定用ウエーハに行われたイオン注入のイオン注入条件を評価することによって、前記イオン注入工程におけるイオン注入条件を管理することを特徴とするイオン注入条件の管理方法である（請求項１）。
【０００７】
このようなイオン注入条件の管理方法によれば、注入元素を問わず、極めて高感度にイオン注入を非破壊でモニタリングすることができるので、イオン注入工程におけるイオン注入条件を精度よく管理することができる。また、イオン注入層のアモルファス化の有無についても判定可能であり、イオン注入層の状態を確認することができ、その結果、精度よくイオン注入条件を管理することができる。
【０００８】
また、前記回折強度を比較する低角度側の角度範囲を前記ピーク位置から０．２度までとするのが好ましい（請求項２）。
【０００９】
このように、回折強度を比較する低角度側の角度範囲を前記ピーク位置から０．２度までとすることで、回折強度の変化量または変化率を精度よく求めることができる。従って、効率よくイオン注入工程におけるイオン注入条件を管理することができる。
【００１０】
また、本発明はさらに、少なくとも、イオン注入工程を含むシリコンウエーハ製造プロセスまたはデバイス製造プロセスのイオン注入工程におけるイオン注入条件の管理方法であって、所定の元素がイオン注入されたイオン注入層を有するシリコンウエーハのイオン注入が行われた表面側から、Ｘ線回折法を用いてロッキングカーブを測定し、該ロッキングカーブのピーク位置から該ピーク位置よりも高角度側の角度範囲の回折強度を、該角度範囲と同一の角度範囲におけるイオン注入が行われていないリファレンスウエーハのロッキングカーブの回折強度と比較することによって回折強度の変化量または変化率を求め、該変化量または変化率と前記イオン注入のイオン注入条件との相関関係を予め求めておき、その後、実際に製品を製造する際に、該製品製造プロセスのイオン注入工程において前記元素がイオン注入されたウエーハを測定用ウエーハとし、該測定用ウエーハのイオン注入が行われた表面側から、Ｘ線回折法を用いてロッキングカーブを測定し、該ロッキングカーブのピーク位置から該ピーク位置よりも高角度側の角度範囲の回折強度を、該角度範囲と同一の角度範囲におけるイオン注入が行われていないリファレンスウエーハの回折強度と比較することによって回折強度の変化量または変化率を求め、前記測定用ウエーハの回折強度の変化量または変化率から、予め求めた前記相関関係に基づいて、前記測定用ウエーハに行われたイオン注入のイオン注入条件を評価することによって、前記イオン注入工程におけるイオン注入条件を管理することを特徴とするイオン注入条件の管理方法を提供する（請求項３）。
【００１１】
このようなイオン注入条件の管理方法によっても、注入元素を問わず、極めて高感度にイオン注入を非破壊でモニタリングすることができるので、イオン注入工程におけるイオン注入条件を精度よく管理することができる。また、イオン注入層のアモルファス化の有無についても判定可能であり、イオン注入層の状態を確認することができ、その結果、精度よくイオン注入条件を管理することができる。
【００１２】
また、前記回折強度を比較する高角度側の角度範囲を前記ピーク位置から０．１度までとするのが好ましい（請求項４）。
【００１３】
このように、回折強度を比較する高角度側の角度範囲を前記ピーク位置から０．１度までとすることで、回折強度の変化量または変化率を精度よく求めることができる。従って、効率よくイオン注入工程におけるイオン注入条件を管理することができる。
【００１４】
前記イオン注入する元素を、シリコン中で電気的に不活性である中性元素とすることができる（請求項５）。
【００１５】
本発明によれば、イオン注入する元素をシリコン中で電気的に不活性である中性元素とする場合であっても、高感度にイオン注入を非破壊でモニタリングすることが可能であり、精度よくイオン注入条件を管理することができる。
【００１６】
また、前記管理するイオン注入条件を、イオン注入する元素のドーズ量とすることができる（請求項６）。
【００１７】
本発明に係るイオン注入条件の管理方法によって、イオン注入する元素のドーズ量を管理すれば、イオン注入が実際に設定値通りのドーズ量が注入されているかどうかをモニタリングして管理することができ、例えば、エピタキシャルウエーハやＳＯＩウエーハに元素を低ドーズ量でイオン注入する場合においても、精度よくドーズ量を管理することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るイオン注入の管理方法によれば、注入元素を問わず、極めて高感度にイオン注入工程をモニタリングすることができるので、イオン注入が用いられているウエーハ製造プロセスやデバイス製造プロセスにおいて、イオン注入工程における元素のドーズ量や加速エネルギー等のイオン注入条件を精度よく管理することができる。また、測定したロッキングカーブの形状等から、イオン注入層のアモルファス化の有無についても判定可能であり、イオン注入層の状態を確認することができ、その結果、精度よくイオン注入条件を管理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明者らは、中性元素のイオン注入によるダメージ層が形成されたＳＯＩ層を有するＳＯＩウエーハのゲッタリング能力について研究した結果、従来からゲッタリング効果を得るために必要とされると考えられていたドーズ量よりも低いドーズ量でも十分なゲッタリング能力が得られることを見出した。しかし、このように、低いドーズ量で中性元素をイオン注入してダメージ層が形成されたウエーハを用いてＳＯＩウエーハのようなデバイス製造用ウエーハを作製する際、イオン注入で実際に設定値通りのドーズ量が注入されているかどうかをモニタリングして管理するためには、前述のシート抵抗を測定する手法は適用できないため、イオン注入工程からウエーハを測定用として抜き取り、ＳＩＭＳ等による破壊検査が行われることが多かった。
【００２０】
一方、非接触・非破壊で単結晶に加えられたダメージの量を測定する方法としてサーマルウェーブ法が挙げられる。しかし、この方法では原理的に元素を問わず測定可能であるが、低ドーズ領域では感度が低いことや、装置が高価である等の問題があり、好ましくない。
【００２１】
そこで、本発明者が鋭意検討した結果、Ｘ線回折法で測定されるロッキングカーブの回折強度変化、特に低角度側または高角度側の回折強度量の増加とイオン注入条件との間に良い相関があることを見出した。この相関関係を利用して、回折強度の変化量または変化率とドーズ量や加速エネルギーなどのイオン注入条件との関係を予め求めておけば、それを検量線としてイオン注入のモニタリングをすることが可能であることが判った。そして、この方法を用いれば、注入元素の種類を問わず、極めて高感度にイオン注入を非破壊でモニタリングすることができるので、イオン注入が用いられているウエーハ製造プロセスやデバイス製造プロセスにおいて、イオン注入工程におけるドーパント元素や中性元素のドーズ量等のイオン注入条件を精度よく管理することができることに想到し、本発明を完成させた。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２３】
まず、所定の元素がイオン注入され、イオン注入ダメージ層が形成されたシリコンウエーハ（評価用ウエーハ）を用意する。また、イオン注入が行われていないイオン注入ダメージ層を有さないシリコンウエーハ（リファレンスウエーハ）を用意する。
次に、イオン注入ダメージを有するシリコンウエーハの元素がイオン注入された表面側から、Ｘ線回折法を用いてロッキングカーブを測定する。また、リファレンスウエーハについても同様にロッキングカーブを測定しておく。
【００２４】
ここで、ロッキングカーブを測定するには、例えば、図１０に示す配置のＸ線二結晶法を用いることができる。図１０において、１はＸ線源で、該Ｘ線源１に対して所定角度をもってモノクロメーター２が対置されている。３は第１スリット３ａを開穿した第１スリット板で、Ｘ線源１とモノクロメーター２の間に配設されており、Ｘ線源１からのＸ線は第１スリット３ａを介してモノクロメーター２に入射する。４は中央部に第２スリット４ａを開穿した第２スリット板でモノクロメーター２の第１スリット板３とは反対側に配設されている。モノクロメーター２からのＸ線は、シリコンウエーハ等のサンプルＷに入射する。５は中央部に第３スリット５ａを開穿した第３スリット板であって、サンプルＷに対設されており、該サンプルＷからの回折Ｘ線は、第３スリット５ａを介して入射され、その回折強度をシンチレーションカウンター等のカウンター６によって測定する。この時、サンプルＷを所定角度の範囲内で連続的に回転させながら測定する際に得られる回折強度を示す曲線がロッキングカーブである。
【００２５】
そして、得られた評価用ウエーハのロッキングカーブのピーク位置から、ピーク位置よりもＸ線の入射が低角度側（ウエーハ表面に対して平行な方向に近づく角度）の角度範囲の回折強度を、評価用ウエーハとリファレンスウエーハとで比較する。
【００２６】
ここで、イオン注入ダメージ層を有する評価用ウエーハとリファレンスウエーハの回折強度を比較する低角度側の角度範囲は、得られた評価用ウエーハのロッキングカーブのピーク位置から０．２度までとするのが好ましい。
【００２７】
また、回折強度の比較は、例えば、低角度側の角度範囲において、イオン注入ダメージ層を有する評価用シリコンウエーハの回折強度とリファレンスウエーハの回折強度との差の回折強度プロファイルを求めることによって行うことができる。
【００２８】
このように、低角度側のロッキングカーブを利用して、評価用ウエーハとリファレンスウエーハの回折強度を比較することによって、回折強度の変化量又は変化率を求め、イオン注入のイオン注入条件との相関関係を求める。
【００２９】
以上の様にして回折強度の変化量とイオン注入条件との相関関係を予め求めておき、その後、以下のように実際に製品を製造するようにする。
【００３０】
実際に製品を製造する際に、製品製造プロセスのイオン注入工程において元素がイオン注入されたウエーハを測定用ウエーハとし、測定用ウエーハのイオン注入が行われた表面側から、Ｘ線回折法を用いて、評価用ウエーハ、リファレンスウエーハと同一な条件でロッキングカーブを測定する。例えば、ゲッタリング層を形成する目的で、シリコン単結晶ウエーハに対して同一条件で連続的に１００枚のイオン注入する場合、イオン注入後のウエーハから少なくとも１枚を測定用ウエーハとして抜き取り、ロッキングカーブを測定するようにする。
【００３１】
この場合、測定用ウエーハとしては、製品として使用しないモニタ専用のウエーハを使用する事もできるが、本発明におけるロッキングカーブの測定は非破壊検査であるため、製品となるウエーハを直接測定することもできる。
【００３２】
次に、測定用ウエーハのロッキングカーブのピーク位置からピーク位置よりもＸ線の入射が低角度側の角度範囲の回折強度を、同一の角度範囲におけるイオン注入が行われていないリファレンスウエーハとで比較することによって、回折強度の変化量または変化率を求める。
【００３３】
ここで、測定用ウエーハとリファレンスウエーハの回折強度を比較する低角度側の角度範囲は、得られた測定用ウエーハのロッキングカーブのピーク位置から０．２度までとするのが好ましい。
【００３４】
このようにして求めた測定用ウエーハの回折強度の変化量または変化率から、予め求めた回折強度の変化量または変化率とイオン注入条件との相関関係に基づいて、測定用ウエーハに行われたイオン注入のイオン注入条件を評価することによって、製品製造プロセスにおけるイオン注入工程におけるイオン注入条件を管理することができる。
【００３５】
また、本発明において、評価用ウエーハ、測定用ウエーハとリファレンスウエーハの回折強度を比較するＸ線の入射の角度範囲は、高角度側の角度範囲とすることもできる。
この場合、高角度側の角度範囲は、得られた評価用ウエーハ、測定用ウエーハのロッキングカーブのピーク位置から０．１度までとするのが好ましい。
【００３６】
尚、本発明において、イオン注入する元素は、特に限定されるものではないが、シリコン中で電気的に不活性である中性元素とすることができる。シリコン中で電気的に不活性である中性元素のように従来は非破壊での管理が困難であった不活性元素のイオン注入においても、本発明によれば、イオン注入条件を高感度に非破壊でモニタリングすることが可能であり、精度よくイオン注入のイオン注入条件を管理することができ、本発明が有効である。
【００３７】
また、本発明に係るイオン注入条件の管理方法において、管理するイオン注入条件は、イオン注入する元素のドーズ量とすることができる。本発明に係るイオン注入条件の管理方法によって、イオン注入する元素のドーズ量を管理すれば、イオン注入が実際に設定値通りのドーズ量が注入されているかどうかをモニタリングして管理することができ、例えば、１Ｅ１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２（１×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）程度の低ドーズ領域でもモニタリング可能である。従って、例えば、エピタキシャルウエーハやＳＯＩウエーハに元素を低ドーズ量でイオン注入する場合においても、精度よくイオン注入する元素のドーズ量を管理することができる。
【００３８】
また、上記のロッキングカーブの形状や、低角度側又は高角度側の角度範囲の回折強度変化率のプロファイルを観察することによって、ウエーハ中のアモルファス層の有無を確認することもできる。
【００３９】
例えば、図５（Ａ）に示されるイオン注入後のイオン注入ダメージ層は単結晶を維持しているが、このウエーハのロッキングカーブは図５（ａ）に示されるようになる。一方、図５（Ｂ）に示されるようなアモルファス化したイオン注入ダメージ層を有するウエーハのロッキングカーブは、例えば、図５（ｂ）に示されるように、低角度側のサブピークの最大強度が急激に低下し、より低角度側においてリファレンスとの回折強度差が大きくなっているプロファイルを示している。また、低角度側又は高角度側の角度範囲の回折強度変化率のプロファイルにおいては、アモルファス層が形成されると低角度側又は高角度側のピークの最大値が低下し、ピーク形状がブロードになることがあり、このような形状を評価することにより、アモルファス層形成の有無を判断することができる。
【実施例】
【００４０】
以下に本発明の実施例をあげてさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４１】
（実施例１）
直径２００ｍｍ、面方位｛１００｝の鏡面研磨されたシリコン単結晶ウエーハの表面に２５ｎｍの熱酸化膜（スクリーン酸化膜）を形成し、その表面に加速電圧１００ｋｅＶ、ドーズ量（ａ）〜（ｋ）の１１条件でアルゴンをイオン注入した。尚、ドーズ量はそれぞれ、（ａ）は１Ｅ１２（１×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２を意味する。以下、同様。）、（ｂ）は５Ｅ１２、（ｃ）は１Ｅ１３、（ｄ）は３Ｅ１３、（ｅ）は６Ｅ１３、（ｆ）は１Ｅ１４、（ｇ）は１．５Ｅ１４、（ｈ）は２Ｅ１４、（ｉ）は２．５Ｅ１４、（ｊ）は３Ｅ１４、（ｋ）は２．５Ｅ１５とした。これらの各ドーズ量でイオン注入された直後のウエーハのロッキングカーブを測定し、それぞれ図１（ａ）〜（ｋ）に示した。尚、リファレンスとしてイオン注入を行わなかった同一仕様のウエーハのロッキングカーブも、図１（ａ）〜（ｋ）のそれぞれに重ねて示した。
【００４２】
図１において、横軸は回折強度が最大となる角度からの回転角度（Δω）を示し、ウエーハ表面へのＸ線の入射が低角度側（ウエーハ表面に対して平行な方向に近づく角度）をマイナスで表示した。縦軸は回折強度（ｃｐｓ：ｃｏｕｎｔｓ  ｐｅｒ  ｓｅｃ）を対数表示で示した。
【００４３】
図１の低角度側の範囲（−０．２度〜０度）において、各ドーズ量のロッキングカーブが示す回折強度（Ｉ）から、リファレンスのロッキングカーブが示す回折強度（Ｉｒｅｆ）を差し引いた差分（Ｉ−Ｉｒｅｆ）をＩｒｅｆで規格化した値（回折強度変化割合）を縦軸に対数表示したものを図２に示した。
【００４４】
図１の高角度側の範囲（０度〜０．１度）において、リファレンスのロッキングカーブが示す回折強度（Ｉｒｅｆ）から、各ドーズ量のロッキングカーブが示す回折強度（Ｉ）を差し引いた差分（Ｉｒｅｆ−Ｉ）をＩｒｅｆで規格化した値（回折強度変化割合）を縦軸に対数表示したものを図３に示した。
【００４５】
図４（ａ）は、低角度側のロッキングカーブを利用して算出した図２の縦軸の値（回折強度変化率：(Ｉ−Ｉｒｅｆ)／Ｉｒｅｆ）の総和(Σ(Ｉ−Ｉｒｅｆ)／Ｉｒｅｆ)とイオン注入のドーズ量の関係を求めたグラフである。
一方、図４（ｂ）は、高角度側のロッキングカーブを利用して算出した図３の縦軸の値（回折強度変化率：(Ｉｒｅｆ−Ｉ)／Ｉｒｅｆ）の総和（Σ(Ｉｒｅｆ−Ｉ)／Ｉｒｅｆ）とイオン注入のドーズ量の関係を求めたグラフである。
【００４６】
以上の様にして求めた回折強度の変化量とドーズ量との相関関係に基づいて、イオン注入工程におけるドーズ量の管理は、次の通り行った。
【００４７】
ゲッタリング層を形成する目的で、シリコン単結晶ウエーハに対してアルゴンイオンを加速電圧１００ｋｅＶ、ドーズ量３Ｅ１３の条件で連続的に１００枚のイオン注入を行った。このようなイオン注入工程においてイオン注入後のウエーハから少なくとも１枚を測定用ウエーハとして抜き取り、図１と同一条件でロッキングカーブを測定した。そして、図２または図３のように低角度側または高角度側で回折強度変化率を求め、その総和を算出し、その値から図４の相関関係に基づいて、イオン注入工程においてイオン注入した元素のドーズ量を確認した。
【００４８】
その結果、低角度側と高角度側の回折強度変化率の総和は、それぞれ９００と１２０であり、図４の相関関係を使用すると、３Ｅ１３のドーズ量がほぼ正確に注入されたと判断することができた。尚、低角度側の回折強度変化率の総和が９００の場合、図４（ａ）から判断すると、４Ｅ１４程度のドーズ量も該当することになるが、これについては次のように考えることができる。
【００４９】
すなわち、図４（ａ）において、ドーズ量が１Ｅ１２〜１Ｅ１４の範囲ではドーズ量の増加と共に回折強度変化率の総和も増加していくが、１Ｅ１４を超えると急激に低下し、その後は、ドーズ量を増加するとわずかに減少傾向があることが分かる。この回折強度変化率の総和が急激に低下する前後のドーズ量におけるイオン注入層の状態を、イオン注入直後において、透過型電子顕微鏡で観察した結果を図５に示した。
【００５０】
図５によれば、回折強度変化率の総和が急激に低下する前のドーズ量（１Ｅ１４）が注入されたイオン注入層（図５（Ａ））は単結晶を維持している一方、回折強度変化率の総和が急激に低下するドーズ量以上（３Ｅ１４）が注入されたイオン注入層（図５（Ｂ））はアモルファス化していた。
【００５１】
アモルファス層が形成されているかどうかについては、図１の回折強度のプロファイルや図２の低角度側の回折強度変化率のプロファイルを観察することによって判断した。すなわち、図１においては、低角度側のサブピークの最大強度が急激に低下し、より低角度側においてリファレンスとの回折強度差が大きくなっているプロファイル（図１（ｇ））が得られるドーズ量でアモルファス層が形成され始め、さらにドーズ量を高めてもその形状にあまり変化はなく、アモルファス層が維持されることが判った。また、図２においては、アモルファス層が形成されると低角度側のピークの最大値が低下し、ピーク形状がブロードになっていた。
【００５２】
実施例１における測定用ウエーハの回折強度のプロファイルや低角度側の回折強度変化率のプロファイルは、それぞれ、図１（ｄ）、図２（ｄ）と同等の形状を有していたため、イオン注入層はアモルファス化せず単結晶を維持していることがわかった。従って、低角度側の回折強度変化率の総和との相関関係を示す図４（ａ）から、測定用ウエーハへのドーズ量は３×１０１３/ｃｍ２であると判断することができた。
【００５３】
（実施例２）
また、図１〜３で用いたウエーハと同一仕様のシリコン単結晶ウエーハの表面に２５ｎｍの熱酸化膜（スクリーン酸化膜）を形成し、その表面にドーズ量を１Ｅ１４に固定し、加速エネルギー（注入エネルギー）を（ａ）４０ｋｅＶ、（ｂ）６０ｋｅＶ、（ｃ）８０ｋｅＶ、（ｄ）１００ｋｅＶの４条件でアルゴンをイオン注入した。そして、図１〜３と同様にロッキングカーブの測定（図６（Ａ））と、低角度側の回折強度変化率を算出したもの（図６（Ｂ））を図６に示した。
【００５４】
次に、低角度側のロッキングカーブを利用して算出した図６（Ｂ）の縦軸の値（回折強度変化率：(Ｉ−Ｉｒｅｆ)／Ｉｒｅｆ）の総和（Σ(Ｉ−Ｉｒｅｆ)／Ｉｒｅｆ）とイオン注入の加速エネルギーの相関関係を求め、図７に示した。
その後、実施例１のドーズ量の評価と同様に、製品製造プロセスにおけるイオン注入工程においてイオン注入後のウエーハから少なくとも１枚を測定用ウエーハとして抜き取り、上記と同一条件でロッキングカーブの測定、低角度側または高角度側における回折強度変化率を求め、その総和を算出した。その値から図７の相関関係に基づいて、製品製造プロセスのイオン注入工程におけるイオン注入の加速エネルギーを確認した。
その結果、実施例１のドーズ量の評価と同様に、イオン注入工程における加速エネルギーを評価・管理することができた。
【００５５】
（実施例３）
図１〜３で用いたウエーハと同一仕様のシリコン単結晶ウエーハの表面に１５ｎｍの熱酸化膜（スクリーン酸化膜）を形成し、その表面に注入する元素をシリコン、酸素、炭素、アンチモン、砒素とし、加速エネルギーを８０ｋｅＶとしてイオン注入した。そして、図１〜３と同様にロッキングカーブの測定と、低角度側及び高角度側の回折強度変化率を算出した後、図４（ａ）（ｂ）と同様に、低角度側（図８（ａ）、図９（ａ））及び高角度側（図８（ｂ）、図９（ｂ））の回折強度変化率の総和とイオン注入のドーズ量の相関関係を求め、図８（図８（Ａ）：シリコン、図８（Ｂ）：酸素、図８（Ｃ）：炭素）及び図９（図９（Ａ）：アンチモン、図９：（Ｂ）砒素）に示した。
このように、種々の元素をイオン注入する場合において、回折強度変化率の総和とイオン注入のドーズ量の相関関係を求めることができ、それぞれの元素を実際にイオン注入し、製品を製造する場合に、予め求めた相関関係に基づき、それぞれの元素をイオン注入する際のドーズ量を管理することができた。
【００５６】
また、上記のロッキングカーブの測定には、図１０に示す配置のＸ線二結晶法を用いた。まずＸ線源１の銅ターゲットから発生したＸ線を単色化および平行化するために、浮遊帯溶融法（ＦＺ：Ｆｌｏａｔｉｎｇ−Ｚｏｎｅ）で育成された＜１００＞無添加シリコン結晶で作製したモノクロメーター２を用いた。Ｘ線源からのＸ線のうちＫα１線（波長＝１．５４０６Å）が４００回折の条件を満たすように、モノクロメーター２の角度を調整した。モノクロメーター２からのＸ線をサンプルＷのイオン注入が施された表面に入射させ、４００回折の条件が満たされるようにサンプルＷの角度を調整した。その後、回折強度がおよそ最大となる角度位置から−０．２度〜０．１度の範囲で測定サンプルを回転させながら、回折強度をシンチレーションカウンター６により測定した。
【００５７】
以上の結果から、本発明におけるイオン注入条件の管理方法によれば、注入元素を問わず、極めて高感度にイオン注入を非破壊でモニタリングすることができ、イオン注入が用いられているウエーハ製造プロセスやデバイス製造プロセスにおいて、イオン注入工程における元素のドーズ量や加速エネルギー等のイオン注入条件を精度よく管理することができることが明らかとなった。また、本発明において、測定したロッキングカーブの形状から、イオン注入層のアモルファス化の有無についても判定可能であり、イオン注入層の状態を確認することができ、その結果、精度よくイオン注入条件を管理することができることが判った。
【００５８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な効果を奏するいかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施例１において様々なドーズ量（ａ）〜（ｋ）で元素をイオン注入した評価用ウエーハのロッキングカーブとリファレンスウエーハのロッキングカーブをそれぞれ比較したグラフである。
【図２】図１の低角度側の範囲における回折強度変化率を縦軸にそれぞれ対数表示したグラフである。
【図３】図１の高角度側の範囲における回折強度変化率を縦軸にそれぞれ対数表示したグラフである。
【図４】実施例１において、低角度側（ａ）、高角度側（ｂ）の角度範囲におけるロッキングカーブを利用して算出した図２または図３の縦軸の値の総和とイオン注入のドーズ量の関係を求めたグラフである。
【図５】ドーズ量（（ａ）、（Ａ））１Ｅ１４、（（ｂ）、（Ａ））３Ｅ１４におけるロッキングカーブ（（ａ）、（ｂ））及びイオン注入層の状態を透過型電子顕微鏡で観察した結果（（Ａ）、（Ｂ））を示した図である。
【図６】実施例２において加速エネルギーを（ａ）４０ｋｅＶ、（ｂ）６０ｋｅＶ、（ｃ）８０ｋｅＶ、（ｄ）１００ｋｅＶの４条件でアルゴンをイオン注入し、ロッキングカーブの測定（Ａ）と、低角度側の回折強度変化率（Ｂ）を示したグラフである。
【図７】図６（Ｂ）に示された回折強度変化率の総和とイオン注入の加速エネルギーの相関関係を求めたグラフである。
【図８】実施例３において、その表面に注入する元素を（Ａ）シリコン、（Ｂ）酸素、（Ｃ）炭素とし、低角度側（ａ）及び高角度側（ｂ）の回折強度変化率の総和とイオン注入のドーズ量の相関関係を示すグラフである。
【図９】実施例３において、その表面に注入する元素を（Ａ）アンチモン、（Ｂ）砒素とし、低角度側（ａ）及び高角度側（ｂ）の回折強度変化率の総和とイオン注入のドーズ量の相関関係を示すグラフである。
【図１０】Ｘ線二結晶法によるロッキングカーブの測定の際の各機器の配置の一例を示す模式的説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１…Ｘ線源、  ２…モノクロメーター、  ３…第１スリット板、  
３ａ…第１スリット、  ４…第２スリット板、  ４ａ…第２スリット、  
５…第３スリット板、  ５ａ…第３スリット、  ６…カウンター、  
Ｗ…サンプル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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